Atividade 3

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ATIVIDADE CONVERSÃO ELETROMECÂNICA DE ENERGIA 1
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Prof: Realizar resumo (2 folhas) do CAP.02 do Livro CHAPMAN (Fundamentos de máquinas elétricas) das páginas 65 á 73 e refazer o exemplo 2.1 da página 73.
CAPITULO 02 – TRANSFORMADORES
Um transformador é um dispositivo que converte ,por meio da ação de um campo magnético, a energia elétrica CA de uma dada frequência e nível de tensão em energia elétrica CA de mesma frequência, mas em outro nível de tensão.
Um dos enrolamentos do transformador é ligado a uma fonte de energia elétrica
CA e o segundo enrolamento do transformador fornece energia às cargas. O enrolamento do transformador ligado à fonte de energia é denominado enrolamento primário ou enrolamento de entrada e o enrolamento conectado às cargas é denominado enrolamento secundário ou enrolamento de saída.
 O primeiro sistema de distribuição de energia elétrica dos Estados Unidos foi um sistema CC de 120 V inventado por Thomas A. Edison para fornecer energia a lâmpadas incandescentes. A primeira estação geradora de energia elétrica de Edison entrou em operação na cidade de Nova York em setembro de 1882. Infelizmente, seu sistema gerava e transmitia energia elétrica com tensões tão baixas que se tornavam necessárias correntes muito elevadas para fornecer quantidades significativas de energia,eParte superior do formuláriossas correntes elevadas causavam quedas de tensão e perdas energéticas muito grandes nas linhas de transmissão, restringindo severamente a área de atendimento de uma estação geradora. Na década de 1880, as usinas geradoras estavam localizadas a poucos quarteirões umas das outras para superar esse problema.
Em um sistema moderno de energia elétrica, a energia é gerada com tensões de
12 a 25 kV. Os transformadores elevam a tensão a um nível entre 110 kV e aproximadamente 1.000 kV para realizar a transmissão a longa distância com perdas muito baixas.
Os transformadores de potência são construídos com um núcleo que pode ser de dois tipos. Esse tipo de construção é conhecido como núcleo envolvido e o outro tipo consiste em um núcleo laminado de três pernas com os enrolamentos envolvendo a perna central esse tipo de construção é conhecido como núcleo envolvente. Em ambos os casos, o núcleo é construído com lâminas ou chapas delgadas, eletricamente isoladas entre si para minimizar as correntes parasitas. Simplifica o problema de isolar o enrolamento de alta tensão do núcleo. Resulta muito menos fluxo de dispersão do que seria o caso se os dois enrolamentos estivessem separados a distância do núcleo.
Os transformadores de potência recebem diversos nomes, dependendo do uso que é feito nos sistemas de potência elétrica. Um transformador conectado à saída de uma unidade geradora e usado para elevar a tensão até o nível de transmissão é denominado algumas vezes transformador da unidade de geração. Na outra extremidade da linha de transmissão, o denominado transformador da subestação abaixa a tensão do nível de transmissão para o nível de distribuição. Todos esses dispositivos são essencialmente o mesmo – a única diferença entre eles está na finalidade da utilização.
Além dos diversos transformadores de potência, dois transformadores de finalidade especial são usados para medir a tensão e a corrente nas máquinas elétricas e nos sistemas de potência elétrica. O primeiro desses transformadores especiais é um dispositivo especialmente projetado para tomar uma amostra de alta tensão e produzir uma baixa tensão secundária que lhe é diretamente proporcional. A diferença entre um transformador de potencial e um de potência é que o transformador de potencial é projetado para trabalhar apenas com uma corrente muito pequena. O segundo tipo de transformador especial é um dispositivo projetado para fornecer uma corrente secundária muito menor do que, mas diretamente proporcional, sua corrente primária.
Um transformador ideal é um dispositivo sem perdas com um enrolamento de entrada e um enrolamento de saída.
EXEMPLO 2-1 Um sistema de potência monofásico consiste em um gerador de 480 V e 60 Hz alimentando uma carga Zcarga = 4 + j3 Ω por meio de uma linha de transmissão de impedância Zlinha = 0,18 + j0, 24 Ω. Responda às seguintes perguntas sobre esse sistema.
FIGURA 2.6
O sistema de potência do Exemplo 2-1 (a) sem e (b) com transformadores nas extremidades da linha de transmissão.
(a) Se o sistema de potência for exatamente como o recém-descrito (e mostrado na Figura 2-6a), qual será a tensão sobre a carga? Quais serão as perdas na linha de transmissão?
(b) Suponha que um transformador elevador de tensão 1:10 seja colocado na extremidade da linha de transmissão que está junto ao gerador. Um outro transformador abaixador 10:1 é colocado na extremidade da linha de transmissão que está junto à carga (como mostrado na Figura 2-6b). Agora, qual será a tensão sobre a carga? Quais serão as perdas na linha de transmissão?
(a) A Figura 2-6a mostra o sistema de potência sem transformadores. Aqui, temos IG = Ilinha = Icarga. A corrente de linha desse sistema é dada por:
(b) A Figura 2-6b mostra o sistema de potência com os transformadores. Para analisar esse sistema, é necessário convertê-lo em um nível de tensão comum. Isso pode ser feito em dois passos:
1. Eliminar o transformador T2 referindo a carga ao nível de tensão da linha de transmissão.
2. Eliminar o transformador T1 referindo os elementos da linha de transmissão e a carga equivalente, no nível de tensão de transmissão, ao lado da fonte.
O valor da impedância de carga quando refletida ao nível da tensão do sistema de transmissão é:
A impedância total no nível da linha de transmissão é agora:
Esse circuito equivalente é mostrado na Figura 2-7a. Agora, a impedância total no nível da linha de transmissão (Zlinha + Z`carga) está refletida através de T1 ao nível da tensão da fonte:
Observe que Z`carga= 4 + j3Ω e Z`linha = 0,0018 + j0,0024 Ω. O circuito equivalente resultante está mostrado na Figura 2-7b. A corrente do gerador é :
Conhecendo a corrente IG, podemos retroceder e encontrar Ilinha e Icarga. Trabalhando de volta através de T1, obtemos: